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Variación de la temperatura de ebullición del agua con la presión - Contenido educativo

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Subido el 15 de octubre de 2021 por Ana M. S.

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Determinar, de forma experimental en el laboratorio, la temperatura de ebullición del agua a diferentes temperaturas.

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Hola a todos. Durante este curso voy a preparar una serie de podcasts para explicar la parte 00:00:05

del temario de ensayos fisicoquímicos relacionado con las prácticas de laboratorio que tenéis 00:00:12

que hacer. También incluiré un vídeo explicando la realización de cada práctica para que 00:00:17

de este modo quede más claro. El objetivo de estos podcasts será explicar y demostrar 00:00:22

experimentalmente las diferentes propiedades fisicoquímicas de la materia y resolver la 00:00:28

mayor parte de los problemas y dudas con los que os podéis encontrar en el laboratorio y así 00:00:33

conseguir que se entiendan y se hagan lo mejor posible todas estas prácticas. Comenzamos con la 00:00:39

primera propiedad, variación de la temperatura de ebullición del agua con la presión. En primer 00:00:46

lugar tenemos que responder a varias preguntas relacionadas con la propiedad que queremos medir, 00:00:53

como son la temperatura de ebullición y la presión. 00:00:57

Empezando por la temperatura de ebullición, esta es la temperatura a la que las moléculas del agua 00:01:02

tienen la suficiente energía para vencer la presión a la que están sometidas y pasar de líquido a vapor. 00:01:07

Por tanto, cuanto mayor sea la presión que soporta el agua, más energía tendremos que suministrar, 00:01:15

es decir, más tendremos que calentar para que se produzca este cambio de estado. 00:01:21

Por tanto, subirá la temperatura de ebullición. 00:01:26

El otro concepto del que tenemos que hablar y que lo hemos mencionado en el título de este vídeo es la presión. 00:01:30

La presión es la fuerza que se ejerce sobre una superficie, en nuestro caso el agua del que queremos determinar la temperatura de ebullición. 00:01:38

Si el agua lo tenemos en un recipiente sobre la mesa, la presión a la que está sometida es la presión atmosférica. 00:01:46

Esta presión es la que ejerce el aire que forma la atmósfera y que se encuentra por encima de la superficie del agua. 00:01:54

Esta presión la podemos variar, podemos aumentarla con una bomba de presión o disminuirla con una bomba de vacío. 00:02:01

Habitualmente decimos que la temperatura de ebullición del agua es 100 grados centígrados, 00:02:10

pero eso es en unas condiciones concretas, sometida a una presión de 760 milímetros de mercurio. 00:02:16

Pero, ¿qué ocurre cuando variamos esa presión? ¿Cómo varía la temperatura de ebullición? 00:02:22

La contestación a esta última pregunta es el objetivo de esta primera práctica. 00:02:28

Y como resumen de todo lo explicado anteriormente, podemos predecir que al aumentar la presión, aumenta la temperatura de ebullición. 00:02:33

Ahora quiero que prestéis mucha atención al siguiente vídeo. 00:02:44

En él se explica cómo se comprueba experimentalmente lo que acabamos de predecir. 00:02:47

Os voy a explicar cómo podemos determinar la temperatura de ebullición en función de la presión a la que tengamos sometido ese agua. 00:02:56

El montaje es lo que tenemos aquí. Voy a ir explicando cada una de las partes y para qué sí. 00:03:05

Bien, aquí tenemos una manta calefactora para calentar el agua que está en este matraz de fondo redondo que tiene dos bocas. 00:03:10

Una es para colocar el termómetro y ver a qué temperatura hierve el agua. 00:03:18

Y aquí ponemos unos 250 mililitros de agua con porcelana porosa para que la hibridición sea homogénea. 00:03:23

A continuación tenemos el refrigerante. ¿Por qué? Porque vamos a hacer un calentamiento a reflujo. 00:03:30

El agua se calienta, empiezan a formarse los vapores, los vapores ascienden, 00:03:36

entran en el refrigerante 00:03:42

que está, como su nombre dice 00:03:45

e indica, refrigerado 00:03:48

con agua del grifo, aquí conectamos 00:03:50

el refrigerante, de manera que 00:03:52

estos vapores condensan y vuelven a caer 00:03:54

entonces es 00:03:56

ciclos infinitos, calienta 00:03:57

forma vapores, sube 00:04:00

condensa, baja, de manera que 00:04:01

el agua no se consume. Continuamos 00:04:04

aquí tenemos estas piezas 00:04:06

que nos permiten conectarlo 00:04:08

con 00:04:10

Ahora, esto que es un manómetro de mercurio, como veis hay dos ramas con mercurio, tiene forma de U, y no me mide la presión concreta a la que yo estoy trabajando, sino que me mide la diferencia de presión con el exterior. 00:04:10

Si vemos, aquí tenemos una rama conectada, una rama del manómetro conectada con el exterior y otra conectada con el sistema, de manera que si la presión en el interior es menor que la del exterior, el exterior empujará y esto que ahora mismo está equilibrado, porque la presión exterior y la del sistema es la misma, se descompensa. 00:04:28

de manera que si aumenta la presión exterior con respecto a la del sistema, es decir, aquí hacemos vacío, esto hará así. 00:04:53

¿Cuánto? Pues mayor diferencia, cuanto mayor diferencia de presión haya entre las dos ramas, ¿de acuerdo? 00:05:01

Que es al contrario, que aquí estoy poniéndolo con una presión superior a la atmosférica, pues entonces será esta la presión que empuje y las ramas harán esto. 00:05:08

Esta bajará y esta subirá. Si tenemos 700 milímetros de mercurio como presión atmosférica y aquí hay una diferencia de presión de 20 milímetros, bueno, 200, donde estoy poniendo los dedos, unos 200 milímetros de mercurio, si lo tengo así, 200 milímetros de mercurio, esta rama más baja que esta, lo que me está indicando es que mi sistema tiene menor presión 00:05:20

Porque la presión atmosférica empuja. ¿Cuánta presión menor tiene 200 milímetros de mercurio? Por tanto, la presión a la que estoy trabajando, mi sistema está a una presión de 700 menos 200 milímetros de mercurio, 500 milímetros de mercurio. 00:05:49

Si la diferencia son 200 milímetros, pero al revés, quiere decir que tengo más presión en el sistema que en el exterior. 00:06:05

¿Cuánta diferencia hay entre el sistema y el exterior? 200 milímetros. 00:06:14

Pero en este caso es 200 milímetros más. 00:06:20

Estaré trabajando en mi sistema a 900 milímetros de mercurio según el ejemplo que acabo de poner. 00:06:23

Mi sistema va a estar a una presión inferior a la atmosférica o superior a la atmosférica, 00:06:29

Con lo cual, aquí tengo que conectar o una bomba de vacío para poner el sistema a una presión inferior o una bomba, que vamos a utilizar una bomba de pecera, para que mi sistema esté a una presión superior a la de los dos. 00:06:34

¿Eso cómo lo hacemos? Pues aquí, mi sistema conectado al manómetro y mi sistema conectado a una bomba de vacío, que es esta. 00:06:49

¿Cómo empezamos a trabajar y a tomar datos y iniciamos el ensayo? Bueno, tenemos que tener conectadas las gomas del refrigerante. Ya he dicho que la inferior, que es por donde entra el agua, al grifo y la superior a la pila. ¿De acuerdo? Aquí lo pondríamos en el grifo y ahí estaría el agua. 00:06:58

Lo encendemos abriendo el grifo. Una vez que tenemos el grifo abierto, que llenamos el refrigerante, encendemos la manta calefactora para ir calentando el agua. 00:07:18

¿Veis cómo va saliendo? Bien. Encendemos la manta. Primero calentamos y encendemos la manta calefactora para que empiece a calentar. 00:07:36

Previamente he puesto el agua, la porcelana porosa y tengo el termómetro que está aquí ajustado 00:07:46

Porque claro, todo tiene que estar cerrado 00:07:52

Si no está cerrado, no voy a obtener una presión diferente a la atmosférica 00:07:54

Entonces empezamos por presiones bajas y vamos subiendo 00:07:59

Presiones bajas del sistema, es decir, la presión atmosférica es mayor que la del sistema 00:08:03

Por lo tanto, las ramas del manómetro van a hacer esto 00:08:08

¿Cómo sé cuándo he alcanzado la temperatura de ebullición? La temperatura de ebullición se alcanza cuando, esto lo vemos, que está en ebullición, que estamos boteando, y cuando la temperatura que me marca el termómetro es constante, porque ya hemos repetido muchas veces que los cambios de estado de sustancias puras, como es esta, agua destienizada, tienen lugar a temperatura constante. 00:08:12

Ahora lo tendríamos calentando. Cuando llegue a la temperatura constante y vea que está en ebullición, anoto la temperatura. 00:08:41

Y en ese momento, anoto la altura de las ramas del mano. 00:08:49

Esta estaría aproximadamente en 190 milímetros. Lo miráis bien. 00:08:53

Podéis cogeros y ayudaros con una regla para ver dónde está. 00:08:58

Sería negativo. Menos 180 milímetros y esta más 180 milímetros. 00:09:01

Lo estoy diciendo aproximado, no lo estoy mirando bien. Entonces, ¿en realidad cuál es la diferencia de presión con la atmosférica? Pues 180 menos 180. Si yo cojo una regla, esta es la medida. 360 milímetros de mercurio es la diferencia entre la presión atmosférica y la presión a la que estoy trabajando. 00:09:10

Con lo cual, la presión de trabajo en este caso sería presión de trabajo igual a presión atmosférica menos incremento de H. 00:09:31

Sigo abriendo la llave y tomamos otro valor, al aumentar la presión la ebullición cesa, sigo calentando porque la manta no se para nunca, se tiene encendido todo el tiempo, hasta que alcanza otra vez la ebullición. 00:09:41

Bueno, está hirviendo, anoto la temperatura, anoto H0, H1, incremento de H, lo resto de la presión atmosférica y tengo la presión de trabajo con su temperatura. 00:09:58

Bien, así todos los valores hasta presión atmosférica. 00:10:09

La presión atmosférica es esto todo abierto. 00:10:13

Si tengo todo abierto no tiene sentido que tenga la bomba encendida, con lo cual cierro la llave de la rampa y apago la bomba. 00:10:15

Apago la bomba y aquí, ¿cuál es el incremento de H? 00:10:24

¿Por qué? Porque no hay diferencia de presión entre el exterior y el interior. Deja de hervir. Sigo calentando. Vuelvo a tener otra vez el agua en ebullición. Anoto la temperatura cuando sea constante. H0, el valor H1, el valor, como va a ser el mismo, incremento de H0. ¿A qué presión estoy trabajando? A la presión atmosférica. 00:10:27

Después de todo esto ya tenemos una tabla de toma de datos de temperatura de ebullición del agua a diferentes presiones. 00:10:49

Una vez demostrado experimentalmente que la temperatura de ebullición del agua aumenta al aumentar la temperatura, es decir, que lo que hemos predicho se cumple, os dejo unas preguntas que tendréis que contestar razonadamente en vuestro cuaderno de laboratorio al finalizar la práctica. 00:10:57

Estas preguntas son 00:11:22

¿Dónde hay mayor presión atmosférica? 00:11:24

¿A nivel del mar o en la cima de una montaña? 00:11:27

Y como consecuencia de esta contestación 00:11:30

tenemos la siguiente pregunta 00:11:33

¿Dónde será mayor la temperatura de ebullición del agua? 00:11:34

¿A nivel del mar o en la cima de la montaña? 00:11:38

Las dos preguntas están relacionadas 00:11:41

y se contestan con todo lo que hemos dicho en este podcast 00:11:44

y además con todo lo que tenéis en el tema visto en clase. 00:11:48

Tenéis que determinar dónde hay mayor presión atmosférica 00:11:53

y sabiendo que al aumentar la presión atmosférica aumenta el punto de ebullición, 00:11:56